渤海地区海底管道漏油污染研究

周举史雨夕

（1．东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆 163000；2．中石油大庆油田分公司天然气分公司，黑龙江 大庆 163000）

渤海地区海底管道漏油污染研究

周举1史雨夕2

（1．东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆 163000；2．中石油大庆油田分公司天然气分公司，黑龙江 大庆 163000）

本文结合渤海油田实际，并确定了渤海地区海底输油管线发生漏油事故时的动态情况。通过实际算例认为，本模型能够为海底输油管线上发生蠕孔漏油时的动态情况进行精确的模拟。

渤海；蠕孔；海底管道

当前最为成熟的一种方法是采用三维数学模型用以研究由于水下溢油从而形成的浮射流，但是这一方法主要研究的是当海底的输油管线发生严重的破坏，或者是海上平台出现井喷之后，大量原油溢出时的问题，但这一情况在实际中并非特别常见，实际中常见的漏油问题主要是由海底输油管线上极小的孔或者是蠕孔造成的少量漏油。因为漏油量很少，因而其运移情况是在海水当中形成一连串连续的小油珠，并逐渐漂浮至水面。因为渤海地区原油和海水之间的密度差较小，加之和水柱相比较而言溢油量较少，因而难以在上升过程当中出现浮射流，因而需要研究单个油滴在海水当中的运动情况，主要包括油滴于海水当中的浮动以及由紊流所导致的扩散。针对这一情况，本文建立了MAECOLMP模型，来对渤海地区海底管道的漏油问题进行动态研究。

1 渤海地区输油管线污染的应用

按照渤海地区的具体情况，筛选出以下几个参数作为基本参数来进行计算：

（1）输油管线参数：管道长度12500米，管线内直径315毫米，管线管壁厚度12毫米，输送压力1兆帕，管道入口处水深12米，管线输送量每小时30立方米。

（2）自然条件：海面风速每秒7.5米，风向和海岸线之间的夹角为32度。

（3）原油及海水的理化性质：输送原油密度为950.4千克/立方米，表面张力1.044*10-5，管线所处地区海水密度为1033千克/立方米。

本文假设由靠近海岸的海上平台向陆地输油，管线架设于海面下放15米的海底。由此，能够把海底面沿输油管线轴线方向的剖面形状简化为图1中的形式。

图1 简化后的输油管线轴向剖面

具体的计算过程主要包括以下几个步骤：

（1）筛选可能出现蠕孔的位置，并对其直径进行确定。在本文当中，选择的蠕孔与海上平台之间的距离分别为2000米、6500米以及10000米。

（2）计算输油管线不同位置处的蠕孔在单位时间内的漏油量，计算结果如图2所示。

图2 不同位置蠕孔在单位时间内的漏油量

（3）为了能够准确的计算油珠在海水当中的扩散程度，就应当对海水的流动速度以及海水中含油浓度的标准进行判定。本文中假设风引起海水的流动方向与风的流动方向相一致，且由于是浅水区，因而在不同深度的情况下数值不发生改变。悬浮油在海水当中的浓度界限设定为4*10-2g/m3。图3即为输油管线上距离进口位置6500米的情况下，直径为1.5毫米的蠕孔所泄漏的油滴在海水当中扩散后的三维模型的示意图。

图3 海水中油滴所形成羽状三维模型示意图

（5）通过计算得出上浮至海面处原油的量，之后对泄漏原油和海面直接接触的位置进行积分。由于此区域为浅水区，因而由海面上积分的油量和由输油管线蠕孔所泄漏的原油量基本一致。当本文当中，假设海面上油膜所可以形成的厚度最小值为0.001毫米，通过计算后发现，漏出原油量不同的情况下，油膜呈现出长带状的分布状态，其宽度介于2.5-6.5米之间。海水表面带状原油的预测长度随输油管线上蠕孔位置以及其直径不同的情况下，其计算结果如下图所示。若输油管线上蠕孔的直径小于1毫米，上浮至海面上的油总量过少，不能在海面上出现呈连续状态分布的油膜。如果蠕孔的直径大于1毫米，则如果蠕孔和风吹动的方向的海岸线之间的直线距离小于油膜预计的尺寸，剩余油将会被海水携带至岸边。

海面油膜尺寸随随蠕孔尺寸及位置的变化规律

（6）通过计算之后认为，海底属于管线上通过蠕孔所产生的原油泄漏。

2 结语

通过计算发现，海底管线单位时间内的漏油量受蠕孔所处位置的影响不大，而由于原油在上升过程当中受到海面风速以及海水流速的影响，在蠕孔直径相同的条件下，蠕孔距离海岸线的距离越近，在海面上形成的油膜的长度也就越长，被海水携带至海岸线附近的漏出原油的量也就越大。与此同时，也应当注意到，虽然蠕孔的直径普遍偏小，但是若未能及时处理，也会发生相当严重的原油污染问题。

［1］龙绍桥.海上溢油行为与归宿数值模拟及其对环境的影响研究[D].中国海洋大学,2006.

［2］Yu Fangjie,Li Jiaojiao,Cui Songxue,et al.A hindcast method to simulate oil spill trajectories for the Bohai Sea,North⁃east China[J].Ocean Engineering,2016,124:363-370.